光伏示范校园中的关键问题研究

【摘要】：随着光伏组件价格的降低与效率的不断提升,各种新能源政策的鼓励和分布式电源技术的成熟,光伏建筑一体化将在城市分布式供电中逐渐发挥出越来越大的作用。 现阶段,虽然光伏发电系统效率有较为明显的提高,但是相比起传统发电方式,其效率依然比较低,成本很高,这就要求光伏发电系统最大限度地提高效率。但是,全力追求高的组件输出效率就会降低单位屋顶面积上能量输出效率,这在屋顶面积有限情况下是不可取的。 实际施工中绝大多数工程为了减少施工量都采用了光伏阵列设计与屋面的方位角、倾斜角保持一致的习惯做法,未采取实际观察和仿真设计,只求尽可能多的装机容量。此种做法在斜面屋顶上是可行的,但在水平面屋顶上,会存在既不能获得最高组件效率又不能获得最大单位面积输出效率的可能性,从而造成资金设备等相当程度的浪费。 由此可见,光伏示范校园项目中主要问题有三个：一是光伏组件特性,需要用完整参数特性方程来描述,也就是光伏组件在不同光照条件和温度条件的伏安特性,以及输出特性变化带来的光伏阵列的组合方式与光伏逆变器的匹配问题,体现在光伏阵列最合适的串并联方式；二是阵列的安装方位角与倾斜角和安装间距对组件获取太阳辐射的影响；三是是光伏校园工程的前期系统规划。本文以北方工业大学光伏示范校园项目为背景,分析计算了工程中所使用的光伏组件参数,分析了其伏安特性,确定了阵列与逆变器的匹配要求以防止光伏逆变器的明显过载与轻载；分析计算了不同纬度下和不同辐射比例下的阵列最佳安装倾斜角。最后根据光伏专用仿真软件PV SYST计算了倾斜角、造价和收益的关系,指出了光伏示范校园项目实施过程中存在的问题,依据建筑结构图和计算出的最佳安装倾角设计了适合北方工业大学其它建筑物的光伏计划,出具了各楼的光伏项目设计报告,为进一步实施光伏示范校园项目做好了前期准备。 【关键词】：光伏建筑一体化 光伏组件 太阳辐射 PV SYST
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 选题的背景和意义9-16
• 1.1 选题背景9-12
• 1.1.1 北方工业大学用电情况9-10
• 1.1.2 课题研究背景10
• 1.1.3 北方工业大学在光伏项目中的研究10-11
• 1.1.4 本课题的意义11-12
• 1.2 光伏项目的国内外发展现状12-14
• 1.2.1 国外光伏产业发展现状12-13
• 1.2.2 国内光伏产业发展现状13-14
• 1.3 本课题的研究内容及创新点14
• 1.3.1 本课题的研究内容14
• 1.3.2 本课题创新点14
• 1.4 论文结构14-16
• 2 光伏发电系统16-35
• 2.1 光伏电池发电原理17-19
• 2.2 光伏组件和阵列组成原理19-23
• 2.2.1 光伏组件19-20
• 2.2.2 光伏电池的串联组合20-21
• 2.2.3 光伏电池的并联组合21-23
• 2.3 光伏组件参数提取23-28
• 2.3.1 基于超越方程组的硅太阳电池完整参数提取23-25
• 2.3.2 基于代数方程组的硅太阳电池完整参数提取25-28
• 2.4 温度对光伏组件运行的影响28-32
• 2.5 光伏阵列设计中的主意事项32-34
• 2.5.1 光伏逆变的主要方式32-33
• 2.5.2 光伏阵列与逆变器的匹配33-34
• 2.6 本章总结34-35
• 3 倾斜表面上的日照辐射35-46
• 3.1 光伏组件安装方式35-36
• 3.2 斜面上的太阳辐射36-43
• 3.2.1 倾斜表面上的直接辐射37-39
• 3.2.2 倾斜表面上的散射辐射39-41
• 3.2.3 倾斜表面上的反射辐射41-42
• 3.2.4 斜面最佳倾斜角42-43
• 3.3 平行斜面的阴影分析43-45
• 3.4 本章总结45-46
• 4 光伏示范校园的项目设计46-65
• 4.1 光伏仿真软件概述46-50
• 4.1.1 RET Screen清洁能源项目分析46-48
• 4.1.2 PV SYST光伏仿真分析软件48-50
• 4.2 设计前期准备工作50-53
• 4.3 初步设计53-62
• 4.3.1 单阵列固定装机容量最佳安装倾斜角分析53-57
• 4.3.2 多组阵列平行放置的情况分析57-62
• 4.4 北方工业大学BIPV详细设计结果62-63
• 4.5 本章总结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-69
• 附录A 北方工业大学光伏项目设计报告69-70
• 在学研究成果70-71
• 致谢71

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